Новая трехмерная космическая карта открывает новые возможности для понимания того, как расширяется Вселенная

Почему это важно: Исследователи из Лаборатории Беркли создали самую большую 3D-карту Вселенной с точностью до 1 процента. Но то, что они обнаружили, поражает своими последствиями и ставит под вопрос все, что наука знает о Вселенной, начиная с предположения, что, возможно, темная энергия не является постоянной во времени, как считалось ранее.

За последние несколько лет Dark Energy Spectroscopic Instrument, или DESI — научно-исследовательский прибор для проведения спектрографических астрономических исследований далеких галактик — неоднократно наносил на карту расстояние до 35 миллионов галактик и 2,4 миллиона квазаров на одной трети площади неба.

В идеальных условиях DESI просматривает новый набор из 5 000 галактик каждые 20 минут, или более 100 000 галактик за ночь, объясняют исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), которые руководят проектом.

Это годы работы 5 000 роботов-позиционеров, направляющих волоконно-оптические глаза DESI на заранее выбранные галактики, чтобы измерить их спектры, по которым можно судить о том, насколько расширилась Вселенная, пока свет от них добирался до Земли. И что в итоге? Мы еще не дошли до этого момента, но исследователи из Лаборатории Беркли достигли важной вехи: самая большая 3D-карта Вселенной из когда-либо созданных, а также самая точная, с точностью более 1 процента.

Точнее говоря, общая точность карты DESI по истории расширения Вселенной за 11 миллиардов лет составляет 0,5 процента, а для самой отдаленной эпохи, охватывающей 8-11 миллиардов лет, точность составляет рекордные 0,82 процента.

Благодаря тому, что свет от этих далеких объектов в космосе только сейчас достигает DESI, ученые могут составить карту космоса, каким он был в молодости, и таким образом раскрыть одну из самых больших тайн в физике: темную энергию, неизвестные компоненты, заставляющие Вселенную расширяться все быстрее и быстрее.

Карта подтверждает, что расширение Вселенной ускоряется, говорят ученые, а также поднимает вопрос о том, что темная энергия не является постоянной во времени, как предполагалось ранее.

«Мы видим некоторые намеки на то, что она действительно менялась с течением времени, что весьма интересно, потому что это не похоже на стандартную модель космологической постоянной темной энергии», — сказал The Guardian доктор Сешадри Надатур, соавтор работы и старший научный сотрудник Института космологии и гравитации Портсмутского университета.

По словам профессора Карлоса Френка из Даремского университета и соавтора исследования, это может означать, что ученым придется начать с нуля в своем понимании Вселенной, сообщает The Guardian. Это включает в себя «пересмотр нашего понимания базовой физики, нашего понимания самого Большого взрыва и нашего понимания долгосрочного прогноза развития Вселенной».

Исследователи поделились результатами анализа собранных за первый год данных в нескольких статьях и в выступлениях на собрании Американского физического общества в США и на конференции Rencontres de Moriond в Италии.

По словам Натали Паланке-Делабруй, ученого из Лаборатории Беркли и соавтора эксперимента, с помощью данных за один год исследователи уже могут измерить историю расширения Вселенной на семи различных срезах космического времени с точностью от 1 до 3 процентов.

Вот что видят исследователи, изучая карту DESI: нити галактик, сгруппированных вместе, разделенные пустотами с меньшим количеством объектов. По словам исследователей, это весьма контрастирует с самой ранней Вселенной, которая представляла собой горячий, плотный суп из субатомных частиц, движущихся слишком быстро, чтобы образовать стабильную материю. Среди этих частиц были ядра водорода и гелия, называемые в совокупности барионами.

Крошечные флуктуации в этой ранней ионизированной плазме вызвали волны давления, перемещающие барионы в виде ряби. По мере расширения и охлаждения Вселенной образовались нейтральные атомы, и волны давления прекратились, заморозив рябь в трех измерениях и увеличив кластеризацию будущих галактик в плотных областях. Спустя миллиарды лет мы все еще можем наблюдать этот слабый рисунок трехмерной ряби, или пузырьков, в характерном разделении галактик — эта особенность называется барионными акустическими колебаниями (БАО).

Измеряя видимый размер этих пузырьков, исследователи могут определить расстояние до материи, ответственной за этот чрезвычайно слабый узор на небе. Картирование пузырей BAO вблизи и на расстоянии позволяет исследователям разделить данные на фрагменты, измерить скорость расширения Вселенной в каждый момент ее прошлого и смоделировать, как темная энергия влияет на это расширение.